基于PLC的煤矿主通风机自动监测控系统.pdf

总第 1 4 7 期 2 0 1 5年第 5 期 应 用技 术 机械管理开发 M ECHANI CAL M ANAGEM ENT AND DEVELOPM ENT To t a l o f 1 4 7 NO ． 5 2 01 5 基于 P L C的煤矿主通风机 自动监测控系统 郑 雪琴 阳煤职教 中心 ，山 西阳泉0 4 5 0 0 0 摘要 通风机作为煤矿生产 中重要设备 ，其运行的可靠性 直接 关系着整个矿 井安全。介绍 了基于 P L C的煤矿 主通 风机 监控 系统 的 工作 原理 ，从 硬 件 和 软件 两 个方 面说 明监 控 系统 能提 高风 机 运 行 的 稳 定 性 。 关键 词 P LC；通风机 ；工作 原理 中图分类 号 文献 标识 码 A 文 章编 号 1 0 0 3 ． 7 7 3 X 2 0 1 5 0 5 ． 0 0 4 5 - 0 2 D OI 1 0 ． 1 6 5 2 5 ／ j ． c n k i ． c n 1 4 ． 1 1 3 4 ／ t h ． 2 0 1 5 ． 0 5 ． 0 1 7 引 言 通 风机 的稳 定 运 行 是 井 下各 项 工 作 能 够 顺 利 进行 的必 要 条 件 。井下 生 产 过 程 中产 生 的有 毒气体 的排出 ， 以及维 持生 命 体 的正常 需要 的 氧 气 都是 通 过通 风 机 正 常运 转 实 现 的 。由 于通 风 机安放 在地面 ， 传统 的通风 机 不能 对井 下 的实 际 需 风量进行 调节 ， 其次 传统 的通 风 机多 需要 有人 值 守 ， 由于 监 测 的指 标 比较 单 一 ， 人 不 能 判 断通 风机运 行 状 况 。故 需 要 对传 统 的通 风 机 进行 现 代 化改造 ， 提 高其运行 的可靠性 。 1 自动 监 测 控 制 系统 要 求 通风机 自动监 测控制 系统 能够对 通风 机 的各 个参数进行实时检测 ， 并根 据检测的结果发 出相应 的指令 ， 调整通风机的工作状态 ； 能够通过上位机对 通风机的运行状态进行监测 ， 以及控制通风机 的运 行状态 。煤矿主通风机 自动控制系统的要求如下 1 通风机 主要 电机 能够软 启动 ， 可 以手 动或 自动调整电机处在 工频还是变频 的工作状态 。 2 通风机 能根据 瓦斯 的浓 度调 整运 行状 态 ， 使通风机处于最高效率状态 。 3 井下瓦斯浓度超限时 ， 启动报警装置 ， 并发 收稿 日期 i 2 0 1 5 0 4 1 1 作 者简 介 郑 雪 琴 1 9 7 8 一 ，女 ， 山 西 左 权 人 ， 毕 业 于太原 理 工 大学 电 气工 程及 自动 化 专 业 ，助 理 工程 师 ，现 就职 于 阳煤 职教 中心 。 出相应 的控制指令 改变通风 机的运行状 态加快 瓦 斯 的排 出 。 4 实时检测通风机电机的参数 。能够实 时检 测电机 的功率 、 定 子 的温 度 、 位置 参数 ， 保证 电机 正常运行 。 5 人机互动功能 。实时模 拟显示通风机 系统 运行状态 图 ， 并能记 录实 时监测数 据 ， 记 录报警事 件 ， 生成实时数据报表并打印[ 1 ] 。 6 无故 障运行时间要长 。 2 P L C控 制系统的组成及功能分析 2 ． 1 系统组成 如下页图 1所示 ， 煤矿 通 风机 自动监测 控 制 系统 ， 主要 由 P L C控制器 、 各种 信号传感 器 、 扩展 的 A／ D转换模 块 、 外 围电路 等组 成 。本系统 采用 的S 7 3 0 0系列 P L C， 主要 实现 的功 能是 接 收外 围 设备 的状态 信号 及模 拟信 号 ； 处 理接 收到 的信 号 并发 出相应的指令 。 2 ． 1 ． 1 变 频 器 变频 器是 控 制 电机 运 行 的核 心 部 件 。变 频 器通 过改 变 电源 的频 率 来 调 节 电机 的转 速 。变 频器通 过降低 电机工 作 时 的电源频 率 ， 调 节 电机 的运 行状 态 达 到 节 能 的 目的。当 瓦斯 浓 度 较 高 的时候 ， P L C发 出变 频 指令 ， 调 节 频率 使 电机 转 速加 快 。当瓦斯浓度 较 低 时 ， 需 风量 减小 调低 电 源 的频率 ， 通 风 机 速度 降低 ， 风 量 减小 。通 过 变 频后 ， 电机 的运 行 状 态 变得 更 加 平 稳 ， 主要 原 因 46 机械管理开发 j x g l k f b j b 1 2 6 ． c o m r l l L 二 二 J Z - ． 风 季 l里 璺 竺 一 切 换 I _ _ f 磊 一 机 S 7 - 3 0 0 __ 1 堕 笪 壁 墨}- 一 P L C 工 上位机 _ - CP U I A ， D ● 一 ● 一 转换 模 块 - t 瓦 斯 传 感 器 声 光 报 警 一 风 压 传 感 器 l 一 作 面 图 1 风机 自动 监 测 系统硬 件 简图 是 通 过 变 频 之 后 ， 电 源 的 质 量 有 了 明 显 的 提 升 ， 频率更 加稳定 。 2 ． 1 ． 2 监测传感器 本系统采用 的传 感 器 主要 有振 动传 感 器 、 温 度传感器 、 瓦斯 传 感器 和风 压传 感 器 。各 传感 器 具体功能如下 1 振动传感器 的主要功能是检测通风机运行 的平稳 性 。在 通风 机运 行 中 ， 由于 负荷 或 电 网 出 现波动 ， 电动 机工 作不 稳 引起 电机 轴 承振 动 。如 果振动幅度过大 ， 可能引起 电机轴断裂 。 2 温度传感器主要功能检测通风机的电机轴 承温度和联 轴 器温 度 。在通 风 机运 行过 程 中， 如 果轴 承温度过高 ， 易造成 电机轴 承 的强度 降低 ， 诱 发电机事 故 。为 了减少 事故 的 发生 率 ， 监 测轴 承 温度 ， 以便能在最短时间 内消除故障 。 3 瓦斯传感器主要是检测井下瓦斯浓度 并传 递 给 P L C进行 处理 ， P L C将 井下的瓦斯浓度 信号 和设 定值 对 比， 调节 电机 的转速来 调节风量 。 4 风压传感器主要功能是检测风机供风 量 的 大小 。风量 的大小量化可 以使 P L C能准确地发 出 控制信号 。 2 ． 1 ． 3报警电路 报 警 电 路 采 用 声 光 报 警 方 式 ， 当变 频 器 或 P L C故障或停止工作时 ， 报警 指示灯持续 点亮 ， 同 时报警器 也会 发 出持续 报警 声 ， 同时风 机停 止 运 行 。在本 系统现 场报 警 的 同时 ， 在上 位 机界 面 上 也会有报警指示L 2 ] 。 2 ． 2 控 制 过 程 分 析 在变频运行 状 态 时 ， 瓦斯 传感 器 采 集工 作 面 的瓦斯浓度信 号并传 给 P L C， P L C对 传过 来 的信 号进行处 理判 断 ， 并输 出相应 的控 制 信号 。变频 第 3 0卷 器根据 P L C发送 过来 的控制信 号调节 电源 的频率 来调节 通风机 的转速 。 3 控制 系统程序设计 用 西门子公 司的 S TE P 7 一 V5 ． 5将控 制 的主程 序写入存 储 器 中。主程序 的流程 图如 图 2所示 ， 主要有初始化程 序 、 故 障诊断程 序 、 信号 处理 程序 三部分 。为 了能对 P L C煤矿 主通 风机实现在线监 测 ， 采 用 装 有 西 门 子 公 司 的 组 态 软 件 W i n C C 的 P C机作为上位机 。通过 Wi n C C能将 P L C与上位 机实现连接 ， 达到对整个 运行 系统 的监测 和控 制 。 在运行过程 中， 上 位机 能显示通风机 的运 行状 态 ， 并能显示相关参数动态 。 图 2 PL C主程 序运 行 流程 图 4 结 语 本文介绍了基于西门子 3 0 0系列 P L C煤矿 主通 风机监测系统 ， 介绍 了该 系统的硬件组成 ， 7 - 3 0 0系 列 P L C、 变频器 、 输入输出模块 ， 报警模块。其次介绍 了 P L C主程序运行的流程 ， 说明了软件实现的方式。 参 考 文 献 [1 ] 张晓娟 ， 郑权． 基于 P L C的煤矿风 机 自动 监测控 制系 统研究 [ J ] ． 科 技与企业 ， 2 0 1 2 2 1 1 2 8 1 2 9 ． [ 2] 剡文福．基 于 P L C的煤 矿风机 自动监控系统[ J ] ． 科技 信息 ， 2 0 1 3 2 4 2 5 6 2 5 7 ． 编辑 赵婧 下 转第 9 2页 9 2 机械管理开发 j x g l k f b j b 1 2 6 ． c o rn 操作 ， 提升煤矿机 电设 备操作 者的整体 素质 ， 并不 断提升企业 对 于煤矿 机 电设备 的检 修 制度 ， 制 定 一 套完善的事故 应急机制 ， 一旦 事故发生 ， 能 够在 第一时间得到合 理的解决 ， 保证设 备 的正 常运行 。 表 1为我 国某煤炭企业 的检修制度表 。 4 结 语 煤矿机 电设备 的检 修工作是 一项 比较 复 杂的 工作 ， 加之其运行 工作环 境 的恶劣性 ， 要想 保证 各 项煤矿机 电设 备正 常安 全 的运行 ， 就必 须做 好 机 电设备 的检修 工作 ， 并 且根 据煤 矿企 业 运行 的具 体现状 ， 选择合理有 效 的检 修模式 ， 保证煤 矿开采 工作 的顺 利进 行 。可见 ， 只有 做好 煤 矿机 电设备 的检修工作 ， 保证其 正常安 全工作 ， 才能保 证煤矿 开采工作 的顺利进行 ， 有效提升企业 的经济效益 。 [1 ] [ 2] [ 3] 参 考 文 献 谷展． 煤矿机 电设备 检修 与 优化 探讨 [ J ] ． 机 电信息 ， 2 01 2 6 57 - 58 ． 王超 ． 煤矿机 电设备 检修模 式研究 [ J ] ． 黑龙 江科技 信 息 ， 2 0 1 4 6 7 7 ． 武跃 东． 煤矿机 电设备检修模式研究[ J ] ． 科 技与企业 ， 2O1 4 1 1 3 2 5． 表 1 煤炭 企业 的检修 制度 表 第 3 0卷 部件名称 检修内容 检 修方 法 检修 日期 负责人 1月 2 4日 早 、 二 、 三班各检 填料 检查 压紧或更换 修 1台 ； 7月 XX X 1日～8月 3 1日 分期委外修理 电机 及 听音及手 水泵轴承 润滑 XX X 感测温 润滑情况 水泵轴承 开盖观察 XX X 检查 润滑情况 机 电轴承 开盖观察 XX X 检查 检查阀芯 阀门 外部观 察 XX X 密封 检查是否 缓； 中装置 松动或磨 坚 固、 更换 X XX 损严重 泵叶堵塞及 泵体 解体 、大修 XXX 杂物清理 控制开关 防暴标 准 外 部观察 XXX 接地装 置 外 部观察 XXX 上下线 端 子及电器 X XX 原件紧 固 更换 、 地 出井检修 XXX 面大修 管路系统 密封泄漏 外部观察 XX X Ana l y s i s o n M a i nt e na n c e M o d e of Co a l El e c t r i c a l M a c h i ne r y Equ i pme nt Li u Xi z hu Co a l M i n e En e r g y S a v i n g a n d S u p e r v i s i o n Ce n t e r ，Ta i y u a n S h a n x i 0 3 0 0 4 5 编 辑 刘 亚 婧 [ A b s t r a c t ] T h i s p a p e r ma i n l y a n a l y z e s t h e r e l a t e d t o t h e c o a l mi n e me c h a n i c a l a n d e l e c t r i c a l e q u i p me n t ma i n t e n a n c e mo d e i s i n t r o du c e d，ma i nl y i nt r odu c e s t h e c ha r a c t e r i s t i c s of c o a l mi n e me c ha n i c a l a nd e l e c t r i c a l e qu i p m e nt mai n t e na nc e a nd t h e i ns uf f i c i e nc y， t h e n a c c o r d i n g t o t h e c u r r e n t s i t u a t i o n o f t h e c o a 1 m i n e p r o d u c t i o n t o f o r mu l a t e r e l e v a n t s o l u t i o n s ． By f o c u s i n g o n c o a l mi n e me c h a n i c a l a n d e l e c t r i c a 1 e q u i p m e n t ma i n t e n a n c e mo d e s e l e c t i o n，t o e n s u r e t h a t e a c h e l e c t r i c a l e q u i p me n t c a n b e s a f e a n d s t a b l e o p e r a t i on，ma ke t h e n or ma l pr od uc t i on o pe r a t i o n o f c o a l mi n e ．Fo r t he c oa l mi ne i n o ur c o un t r y h as gr e a t l y i nc r e a s e d t he p r o du c t i on e f f i c i e n c y ，b u t a l s o t o a c e r t a i n e x t e n t ，i mp r o v e t h e e c o n o mi c e f f i c i e n c y o f e n t e r p r i s e s ． [ K e y wo r d s ] c o a l e l e c t r i c a l ma c h i n e r y e q u i p me n t ； ma i n t e n a n c e ；mo d e ； a n a l y s i s 上 接第 4 6页 Au t o ma t i o n Su pe r v i s i o n S y s t e m o f M a i n Fa n s Ba s e d o n PLC Zh e n g Xue qi n Ya n g q u a n Co a l M i n e Gr o u p ，Ya n g q u a n S h a n x i 0 4 5 0 0 0 [ A b s t r a c t ] As a n i mp o r t a n t e q u i p me n t i n c o a l mi n e p r o d u c t i o n ，t h e v e n t i l a t i o n ’ s o p e r a t i o n r e l i a b i l i t y d i r e c t l y r e l a t e d t o t h e e n t i r e m i ne s a f e t y．Ba s e d o n PLC，i t wa s i nt r o du c e d t he wo r k i n g p r i nc i pl e of t he mon i t o r i ng a n d c ont r ol s y s t e m f o r c oa l mi ne ma i n v e nt i l a t or f r om t wo a s p e c t s o f ha r d wa r e a nd s o f t wa r e moni t o r i ng s ys t e m c a n i mpr ov e t he s t a b i l i t y of t h e f a n o pe r a t i o n． [ K e y wo r d s ] P L C； v e n t i l a t i o n ；w o r k p r i n c i p l e